Question

現代煉鋅的方法可分為火法和濕法兩大類．
火法煉鋅是將閃鋅礦（主要含ZnS）通過浮選、焙燒使它轉化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，在鼓風爐中加熱至1373-1573K，使鋅蒸餾出來．主要反應為：
焙燒爐中：2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂ ①
鼓風爐中：2C+O₂=2CO ②
鼓風爐中：ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g）③
（1）請寫出反應③的平衡常數表達式

 

，若在其它條件不變時，在鼓風爐中增大CO的濃度，平衡將如何移動？

 

，此時平衡常數

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）已知閃鋅礦中含硫16%（其它雜質不含硫），則閃鋅礦中硫化鋅的含量為

 

．
（3）焙燒爐出來的混合氣體中N₂占85%，鼓風爐中反應③CO的轉化率為80%，為了合理利用資源，防止過量空氣的鼓入對生產造成負面影響，請計算每生產1molZn，需要向焙燒爐和鼓風爐中鼓入新鮮空氣共多少升？（假設礦石中的ZnS全部轉化為Zn，反應中的O₂均來自于空氣，空氣中O₂與N₂的體積比以1：4計算）

Answer 1

考點：金屬冶煉的一般原理,化學方程式的有關計算

專題：計算題,元素及其化合物

分析：（1）依據平衡常數概念書寫表達式，用生成物平衡濃度米冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積，平衡常數隨溫度變化，不隨濃度變化，增大反應物濃度平衡正向進行；
（2）依據元素守恒計算，計算出ZnS中硫的質量分數ω（S），閃鋅礦中硫化鋅的含量16%÷ω（S）；
（3）令生產1molZn鼓風爐中消耗空氣物質的量為5y，則通入的氧氣為y、制得一氧化碳為2y，實際用于還原ZnO的CO物質的量為2y×62.5%，由方程式可知，2y×62.5%=1mol；
令焙燒爐中消耗空氣的物質的量為5x，根據Zn元素守恒，需ZnS1mol，根據差量法計算出從焙燒爐出來的氣體物質的量變化量，利用混合氣體中N₂占90%列方程，兩處之和即為鼓入新鮮空氣．

解答： 解：（1）ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g），反應③平衡常數K=

c(Zn)c(CO2)

c(CO)

，若在其它條件不變時，在鼓風爐中增大CO的濃度右移，平衡常數只隨溫度變化，不濃度平衡常數不變；
故答案為：

c(Zn)c(CO2)

c(CO)

，右移，不變；
（2）閃鋅礦（主要含ZnS），閃鋅礦中含硫16%（其它雜質不含硫），ZnS中硫的質量分數ω（S）=

32

65+32

×100%，
閃鋅礦中硫化鋅的含量為16%÷ω（S）=16%÷

32

65+32

×100%=48.5%；
故答案為：48.5%；
（3）設焙燒爐中消耗空氣的物質的量為5x，鼓風爐中消耗空氣物質的量為5y
則：2C+O₂=2CO    ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g）
       y  2y    1mol    2y×80%      1mol
2y×80%=1mol     y=0.625mol    5y=3.125mol；
2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂ 氣體減少△n
2mol                       1mol
1mol                       0.5mol

4x

5x-0.5

=85%      x=1.7mol     5x=8.5mol；
5x+5y=3.125mol+8.5mol=11.625mol
V（空氣）=11.625×22.4L?mol^-1=260.4L；   
答：需要向焙燒爐和鼓風爐中鼓入新鮮空氣共260.4L；

點評：本題以金屬冶煉為載體，考查有關化學平衡的計算，題目綜合性大，（3）中計算關鍵要理清思路，充分利用方程式，難度較大，為易錯題目．